控制系统课程设计-转速反馈控制直流调速系统的仿真

控制系统课程设计控制系统课程设计 设计内容 设计内容 转速反馈控制直流调速系统的仿真转速反馈控制直流调速系统的仿真 姓姓 名 名 刘刘 幸幸 院院 系 系 信息科学与技术部信息科学与技术部 专专 业 业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 11Q 电电 气气 7 班班 学学 号号 8 指导教师 指导教师 姚洪平姚洪平 目录 一 仿真软件的选用 1 1 1 MATLAB 简介 1 1 2 对 SIMULINK 的简介 1 二 仿真框图及说明 2 2 1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图 2 2 2 仿真参数要求 2 三 仿真模型图及参数设置 2 四 仿真结果 4 4 1 仿真过程 4 4 2 调节器参数的调整 6 五 总结 8 六 参考文献 9 七 致谢 9 1 一一 仿真软件的选用仿真软件的选用 1 1 MATLAB 简介简介 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算 可视化以及交 互式程序设计的高科技计算环境 它将数值分析 矩阵计算 科学数据可视化 以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗 环境中 为科学研究 工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提 供了一种全面的解决方案 并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言 如 C Fortran 的编辑模式 代表了当今国际科学计算软件的先进水平 MATLAB 和 Mathematica Maple 并称为三大数学软件 它在数学类科技应 用软件中在数值计算方面首屈一指 MATLAB 可以进行矩阵运算 绘制函数和数 据 实现算法 创建用户界面 连接其他编程语言的程序等 主要应用于工程 计算 控制设计 信号处理与通讯 图像处理 信号检测 金融建模设计与分 析等领域 MATLAB 的基本数据单位是矩阵 它的指令表达式与数学 工程中常用的形 式十分相似 故用 MATLAB 来解算问题要比用 C FORTRAN 等语言完成相同的事 情简捷得多 并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点 使 MATLAB 成为一 个强大的数学软件 在新的版本中也加入了对 C FORTRAN C JAVA 的支持 本课题就是充分利用了 MATLAB 的系统仿真的强大功能 利用仿真 以及仿 真出的结果 客观的表现出转速反馈控制直流调速系统的运行现象 1 2 对对 SIMULINK 的简介的简介 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一 它提供一个动态系统建模 仿真 和综合分析的集成环境 在该环境中 无需大量书写程序 而只需要通过简单 直观的鼠标操作 就可构造出复杂的系统 Simulink 具有适应面广 结构和流 程清晰及仿真精细 贴近实际 效率高 灵活等优点 并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计 同时有 大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink 功能功能 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具 是一种基于 MATLAB 的框 图设计环境 是实现动态系统建模 仿真和分析的一个软件包 被广泛应用于 线性系统 非线性系统 数字控制及数字信号处理的建模和仿真中 Simulink 可以用连续采样时间 离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模 它也支 持多速率系统 也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率 为了创建动态 系统模型 Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 GUI 这个 创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成 它提供了一种更快捷 直接明了 的方式 而且用户可以立即看到系统的仿真结果 Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设 计工具 对各种时变系统 包括通讯 控制 信号处理 视频处理和图像处理 系统 Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计 仿 真 执行和测试 2 构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能 也提供了用于设计 执行 验证和确认任务的相应工具 Simulink 与 MATLAB 紧密集成 可以直接访问 MATLAB 大量的工具来进行算法研发 仿 真的分析和可视化 批处理脚本的创建 建模环境的定制以及信号参数和测试 数据的定义 特点特点 丰富的可扩充的预定义模块库 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 以设计功能的层次性来分割模型 实现对复杂设计的管理 通过 Model Explorer 导航 创建 配置 搜索模型中的任意信号 参数 属性 生成模型代码 提供 API 用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 使用 Embedded MATLAB 模块在 Simulink 和嵌入式系统执行中调用 MATLAB 算法 使用定步长或变步长运行仿真 根据仿真模式 Normal Accelerator Rapid Accelerator 来决定以解释性的方式运行或以编译 C 代码的形式来运行模型 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果 诊断设计的性能和异常行为 可访问 MATLAB 从而对结果进行分析与可视化 定制建模环境 定义信号参 数和测试数据 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性 确定模型中的错误 二二 仿真框图及说明仿真框图及说明 2 1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图比例积分控制的直流调速系统的仿真框图 见图 1 图 1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图 2 2 仿真参数要求仿真参数要求 直流电动机 220V 55A 1000r min m T e C 0 192min r 晶闸管装置的放大系数 s K 44 电枢回路总电阻 R 1 0 时间常数 l T 0 00167s m T 0 075s 转速反馈系数 0 01V min r 3 三三 仿真模型图及参数设置仿真模型图及参数设置 进入 MATLAB 界面 单击工具栏中的 SIMULINK 图标 打开 SIMULINK 的模块 浏览器窗口 如图 2 所示 图 2 SIMULINK 模块浏览器窗口 1 打开模型编辑窗口 通过单击 SIMULINK 工具栏中的新模型图标或选择 File New Model 菜单项打开模型编辑窗口 2 复制相关模块 图 2 中的左边模块为所需的子模块库图标 右边为相应 子模块库里的子模块 双击子模块库图标 将所需的子模块拖入模型编辑窗口 如图 3 所示 图 3 模型编辑窗口 3 修改模块参数 双击模块图标 在弹出的对话框中根据所给的要求修改 模块参数 如图 4 示 图 4 模型编辑窗口 4 模块连接 鼠标左键单击以连接各模块 把相应的参数数据送人图 2 3 其中 PI 调节器的值暂定为 Kp 0 56 1 t 11 43 最终生成图 5 所示的比例 4 积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型 图 5 比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型 四四 仿真结果仿真结果 4 1 仿真过程仿真过程 1 仿真过程的启动 单击模型编辑窗口中工具栏的运行按钮或者选择 Simulation Start 菜单项 可启动仿真过程 再双击 Scope 模块就可以显示 仿真结果 如图 6 所示 5 图 6 修改控制参数前的仿真结果 2 仿真参数的设置 为了清晰地观测仿真结果 需要重设仿真参数 单击 Simulation Configuration Parameters 菜单项 将打开一个对话框 把其中 的 Stop time 栏目默认的结束时间从 10 0 修改为 0 6s 保存 重新启动仿真 过程 然后单击 Scope 工具栏中的按钮 自动刻度 Autoscale 它会把当前 窗口中信号的最大值最小值为纵坐标的上下限 从而得到图 7 6 图 7 修改控制参数后的仿真结果 4 2 调节器参数的调整调节器参数的调整 在控制系统中设置调解器是为了改善系统的静 动态性能 在采用了 PI 调 节器之后 构成的是无静差调速系统 通过改变 PI 调节器的参数 可以得到转 速响应的超调量不一样 调节时间也不一样的响应曲线 改变 PI 参数 Kp 1 t 然后保存 重新进行仿真过程 如图 8 所示为调节器参数是 Kp 0 25 1 t 3 的仿真结果图 可以看出系统转速的响应无超调 但调节时间 很长 7 图 8 无超调的仿真结果 如图 9 所示为调节器参数是 Kp 0 8 1 t 15 的仿真结果图 可以看出系统转速的响应 超调较大 但快速性较好 8 图 9 超调量较大的仿真结果 5 总结总结 经过这次课程设计 我受益匪浅 加深了我对转速反馈控制直流调速系统 这门课的认识 也学到了与其相关的很多方面的知识 在这次设计过程中遇到 了很多问题 对我是一次很大的考验 在老师和同学的帮助下 经过反复的思 考和多次的检查后 终于找出了解决问题的方法 完成此次课程设计 这次课程设计中遇到了很多问题 最后在老师的指导下 终于得以解决 经 过这次课程设计也使我明白了很多道理 毕业在即 在以后步入社会 同样会 遇到各种的问题 肯定不是一帆风顺的 关键是一定不能放弃 不能遇到问题 就想到退缩 任何问题都是能解决的 只要多思考 多努力肯定能发现问题所 在 然后一一进行解决 只有这样 才能做成想做的事 才能在今后的道路上 越走越远 越走越顺 而不是知难而退 那样永远不可能获得成功 课程设计 9 既是一门专业课 它给我带来很多专业知识以及专业技能上的提升 同时又是 一门哲理课 人生课 让我懂得许多道理 带给我很多体会 做学问如此 做 人亦是如此 这次设计让我感触很深 在这这次课程设计中 不仅培养了我独立思考 动手操作的能力 也培养了 我搜集资料 善于寻找解决办法的能力 更重要的是 我学会了很多学习的方 法 而这是以后无论在学习还是生活中都很实用的 要面对社会的挑战 只有 不断的学习 回顾起此课程设计 真是困难重重啊 首先就是仿真软件的选用以及使用 从一点也不会用到能一般的熟练应用 就耗费了我很长时间 还有就是一些具 体的参数方面了 平时做事就爱马虎 这次终于尝到了苦头 比如在设置调节 器参数时就多写了一个零 然后结果就大不相同 后来发现后 及时设置正确 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 平时也没有什么 动手的机会 这次设计才知道自己的动手能力欠缺太多了 只有理论知识是远 远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从理论中得出结论 才 能成功 实验过程中 也让我明白了团队合作的重要性 设计的日子里学到了很多 知识 也带给我很多乐趣 团结就是力量 只有互相之间学习 互补合作才能 换来最终完美的结果 此次设计也让我明白了思路即出路 有什么不懂的地方 要及时寻求解决办法 只要认真思考 动脑钻研 勤于动手 就没有解决不了 的问题 六六 参考文献参考文献 1 阮毅 陈伯时 电力拖动自动控制系统 运动控制系统 M 4 版 北 京 机械工业出版社 2009 8 2 2006 杨庚辰 自动控制原理 西安 西安电子科技大学出版社 2005 3 阮毅 陈伯时 电力传动系统的转矩控制规律 J 电气传动 1999 4 阮毅 陈维钧 运动控制系统 M 北京 清华大学出版社 2006 5 R Gabriel W Lenohard Microprpcessor Control of Induction Moror J IEEE 1982 6 W Leonhard Processing with Controled AC Drives J EPE Journal vol 1No